仿真假體視覺下面孔識別的神經(jīng)生理學(xué)研究.pdf

1、人工視覺假體研究已經(jīng)證實基于光幻點模式的假體視覺可以恢復(fù)非先天性失明患者的一部分視覺功能(例如,物體識別和文字閱讀)。在這些視覺功能中,面孔識別對人類是十分重要的,因為它在日常社交活動中發(fā)揮著舉足輕重的作用。盡管行為學(xué)實驗已經(jīng)證實了假體視覺下面孔識別的有效性,但幻點面孔的早期處理機制仍然需要通過神經(jīng)生理學(xué)研究來闡明。本論文旨在通過神經(jīng)電生理實驗和數(shù)學(xué)計算方法研究仿真假體視覺下面孔處理的早期機制。這不僅會為評價光幻點模式視覺假體的有效性提

2、供一個客觀的依據(jù),也將有助于測試和改進(jìn)假體視覺設(shè)計中使用到的圖像處理策略。本文主要研究內(nèi)容包括事件相關(guān)電位(ERP)成分分析和數(shù)學(xué)計算(ICA,溯源分析)兩個部分：在第一部分,我們在ERP實驗中使用面孔和物體的照片和它們對應(yīng)的光幻點形式的圖片作為刺激圖,并在實驗中記錄了皮層腦電信號,然后通過疊加平均得到各類刺激對應(yīng)的ERP。我們通過在枕顳葉區(qū)(TP7/8, P7/8, PO7/8和O1/2)測量并分析面孔敏感的ERP成分來探索假體視覺下

3、面孔識別的早期機制。我們的結(jié)果表明(1)正常面孔和光幻點面孔都可以誘發(fā)顯著的P1和N170；(2)光幻點面孔刺激誘發(fā)的N170較正常面孔刺激要小,但這一現(xiàn)象對P1而言是不顯著的；(3)光幻點面孔刺激導(dǎo)致了P1和N170潛伏期的延遲。因此,我們認(rèn)為：(1)早期面孔處理在光幻點模式下被誘發(fā)；(2)光幻點面孔在圖像上的不連續(xù)性和高頻段的信息丟失主要削弱了面孔處理的精細(xì)處理階段而非粗略處理階段；(3)光幻點刺激模式干擾了面孔處理的整個階段,不僅

4、干擾了精細(xì)處理階段而且還包括了粗略處理階段。在第二部分,我們通過對在第一部分中記錄到的多通道腦電信號進(jìn)行獨立成分分析(ICA),尋找到了與面孔敏感的EEG獨立成分,并用偶極子溯源分析算法和四層頭部模型BESA 2000來對其進(jìn)行溯源。最后,研究該獨立成分對面孔敏感的ERP成分P1和N170的貢獻(xiàn),以及光幻點模式面孔對該獨立的成分的影響。我們的研究發(fā)現(xiàn)：(1)獨立成分IC-FS是面孔敏感的,其偶極子源位于梭狀回(fusiform gyru

5、s,FG)區(qū)域；(2)IC-FS是造成面孔刺激下大幅值P1和N170的主要獨立成分,它與面孔的構(gòu)形處理有關(guān)；(3)光幻點模式影響了面孔的構(gòu)形處理,進(jìn)而對面孔敏感獨立成分(IC– FS)造成影響,最后導(dǎo)致P1的潛伏期和N170的潛伏期和幅值的改變。綜上所述,本文闡明了光幻點(假體視覺)模式對面孔處理機制的影響,使得我們對假體視覺環(huán)境下面孔識別神經(jīng)電生理機制有了一個更深入的了解。同時,這也將為測試現(xiàn)有視覺假體的有效性提供了一個新的手段,即通